JP2539021Y2 - バックアップ機能を有した電源回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、バックアップ機能を有した電源回路の改良
に関する。

［従来の技術］ 近時、防災システムや防犯システムあるいはコンピュ
ータ関連機器などでは、構成機器を駆動する電源系が故
障したり停電が発生したときでも、必要最少限のバック
アップ動作を行わせて人命の安全を確保し、保存データ
の消滅を保障するために、各構成機器毎に充電可能な２
次電池などを内蔵させたバックアップ機能を備えたもの
が開発されている。

第４図は、このような機器100に組み込まれるバック
アップ機能を有した電源回路101の一例を示したもの
で、交流電圧AC100Vを降圧整流して電圧レベルVoの非安
定化電源を出力するACアダプター200と、このACアダプ
ター200から出力される非安定化電源Voを電圧レベルV2
に安定化して内部回路に供給する定電圧電源部102と、
非安定化電源Voによって２次電池BATを充電するための
充電部103と、ACアダプター200から非安定化電源Voが正
常に出力されているときには２次電池BATから内部回路
に電源が供給されることを禁止する一方、非安定化電源
Voの電圧レベルが所定レベルよりも低下したときには２
次電池BATから内部回路に電源供給を行わせるバックア
ップ電源制御部104とを備えている。

バックアップ電源制御部104は、トランジスタQ1のエ
ミッタ側に２次電池BATを接続する一方、抵抗R1を介し
て接地されたベース側には、ダイオードD1を介して非安
定化電源Voを加えた構成とされ、非安定化電源Voからダ
イオードD1の順方向電圧VFを差し引いたレベル（Vo-V
F）が２次電池BATの充電電圧レベル（本構成では、２次
電池の充電電圧レベルからトランジスタQ1のベース・エ
ミッタ間電圧V BEを差し引いたレベル）よりも低下した
ときには、定電圧電源部102の出力に加えて２次電池BAT
の電圧ＶをトランジスタQ1を介して内部回路に供給して
バックアップ動作を行わせるようになっている。

このような構成の電源回路101では、バックアップ電
源制御部104に使用するトランジスタQ1のエミッタ・ベ
ース間に絶対最大定格で定まるエミッタ・ベース間逆耐
圧V EBO以上の電圧が加わると素子が破壊するため、ベ
ース電圧VBと２次電池BATの端子電圧Ｖ（エミッタ電
圧）との差がV EBOを越えないようにしなければならな
い。

すなわち、 V EBO＞VB−Ｖ＝Vo−VF−Ｖより、 Vo＜VF＋Ｖ＋V BEO・・・・・ （イ） を満足しなければならない。

例えば、２次電池BATの端子電圧Ｖ＝4.8ボルト、エミ
ッタ・ベース間逆耐圧V EBOが５ボルトのトランジスタ
を使用すると、（イ）式より、Vo＜0.6＋4.8＋５＝10.8
ボルトを越えてはならなくなる。

一方、定電圧電源部102をシリーズパスレギュレータ
で構成した場合には、入力側と出力側との間で約２ボル
トの電圧降下が生じるため、出力電圧V2を６ボルトに維
持するために必要な非安定化電源Voの最少レベルは約８
ボルトとなる。

従って、非安定化電源Voの出力許容範囲は８ボルト〜
10.8ボルトとなり、負荷変動による電圧レベルの変動許
容範囲が著しく狭くなるためにACアダプター200の負荷
変動を極力抑えなけれはならず設計が困難であった。

また、このような構成の電源回路101では第５図
（ａ）〜（ｄ）に示したように、例えば、非安定化電源
Voが８ボルトよりも低下すると、それに応じて定電圧電
源部102の出力電圧V2も低下し、非安定化電源Voが4.8ボ
ルトまで低下したときにトランジスタQ1が導通して２次
電池BATから内部回路への電源供給を開始するが、非安
定化電源Voが4.8ボルトまで低下したときには定電圧電
源部102の出力電圧が一時的に約2.8ボルトまで低下して
しまい、内部回路のバックアップができないような不都
合が生じるため改善が望まれていた。

ところで、このような問題とは異なり、一般にバック
アップ用２次電池は、第６図（ａ）で示したように、バ
ックアップ用電池BATを機器内部に固定された電池ホル
ダーＨにはめ込んで取り付ける構成や、第６図（ｂ）で
示したように、バッテリーユニットＢ（予めコネクタＣ
の取り付けられた電源線ｌを２次電池に接続し、この２
次電池を樹脂フィルムなどで封入したもの）を専用取付
金具300を使用してビス301で機器内部に固定し、コネク
タＣを機器側の接続コネクタ（不図示）に挿入するよう
な構成とされることが多いが、同図（ａ）に示したもの
では、電池ホルダーＨのコストが高くなり、また同図
（ｂ）に示したものでは、バックアップ電池BATの交換
が面倒で改善が望まれていた。

［考案が解決しようとする課題］ 上記事情に鑑みて提案される本考案は、非安定化電源
の変動許容範囲を広くするとともに、非安定化電源が低
下してからバックアップ用２次電池の通電が開始される
までにおける内部回路への供給電圧の低下を防ぎ、これ
によって、信頼性を向上させ、設計が容易なバックアッ
プ機能を有した電源回路を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために提案される本考案は、非安
定化電源の出力電圧を予め定められた所定比で分圧した
分圧レベルが、非安定化電源で充電される２次電池の充
電電圧レベルよりも低下したときには、該２次電池から
内部回路への電源の供給を許容させるバックアップ電源
制御部を備えており、上記２次電池には、該２次電池の
端子電圧よりも高く、且つ、該２次電池が取り外された
ときに上記充電電圧レベルが上記分圧レベルを越えない
ようにするクランプ電圧を有したクランプ素子が並列に
接続された構成とされている。

［作用］ 本考案では、非安定化電源を所定比で分圧した分圧レ
ベルが、２次電池の充電電圧レベルよりも高いときに
は、バックアップ電源制御部によって２次電池の電源供
給が禁止され、非安定化電源を定電圧電源部で安定化し
た電圧が機器の内部回路に供給される。

しかし、非安定化電源の電圧レベルが何らかの原因で低
下して分圧レベルが充電電圧レベルよりも低下すると、
バックアップ電源制御部によって２次電池から機器の内
部回路への電源供給が許容されてバックアップ動作が行
なわれる。

また本考案では、２次電池が取り外されると、非安定
化電源から２次電池に通電されていた充電電流が遮断さ
れ、代わって、非安定化電源からクランプ素子に通電が
行われて充電電圧レベルがクランプ電圧に保持される。
これによって、充電電圧レベルが非安定化電源の分圧レ
ベルを越えることを阻止し、充電電圧がバックアップ電
源制御部を介して内部回路側に供給されることを禁止す
る。

［実施例］ 以下に、図面を参照して、本考案の実施例を説明す
る。

第１図は、機器100に組み込まれる本考案の電源回路1
0の回路例を示したもので、従来の構成とはバックアッ
プ電源制御部11の構成が異なり、他の部分は同一である
ので同一の符号を付している。

バックアップ電源制御部11は、トランジスタQ1、抵抗
R1およびダイオードD1は従来と同一であるが、分圧抵抗
ＲをダイオードD1に直列に挿入した構成とされ、ACアダ
プター200から出力される非安定化電源Voからダイオー
ドD1の順方向電圧VFを差し引いたレベル（Vo-VF）を抵
抗R,R1で定まる分圧比R1/（Ｒ＋R1）で分圧した電圧を
トランジスタQ1のベースに加えている。尚、２次電池BA
Tの両端に接続されたツエナーダイオードZDについては
後述する。

このような構成において、定電圧電源部102が安定化
された電圧V2を出力するのに要する非安定化電源Voの最
少電圧レベルをV1とすると、Vo＞V1の範囲においてバッ
クアップ電源制御部11が２次電池の電源供給を開始させ
るようにするための抵抗Ｒは次のようにして求められ
る。すなわち、トランジスタQ1のベース電圧VB、抵抗Ｒ
両端の電圧VRおよびダイオードD1の順方向電圧降下VFの
和が非安定化電源Voに等しいので、 Vo＝VB＋VR＋VF＝Ｖ−V BE＋VR＋VF・・・・ （１） ここで、電圧VRは、非安定化電源VoからダイオードD1の
順方向電圧VFを差し引いたレベル（Vo-VF）を抵抗R,R1
で分圧したレベルであるので、 VR＝（Vo−VF）×（R/（Ｒ＋R1））・・・・・（２） 従って、（１），（２）式より、 Vo＝VB−V BE＋VF＋（Vo−VF）×（R/（Ｒ＋R1）） が成立する。この式を変形すると、 Ｒ＝（（Vo−VF）／（Ｖ−V BE）−１）×R1 ・・・（３） が求められる。

（３）式において、Vo＞V1の条件を代入すると、 Ｒ＞＝（（V1−VF）／（Ｖ−V BE）−１）×R1 ・・・（４） が成立する。つまり、（４）式の条件を満足するように
抵抗Ｒの値を設定すると、非安定化電源Voが定電圧電源
部102で要する最少電圧V1に低下するまでにトランジス
タQ1が導通して２次電池BATから内部回路への電源供給
が許容されることになり、非安定化電源Voが低下した場
合でも、内部回路への供給電圧が一時的に低下するよう
な不都合を防止することができる。

また、トランジスタQ1の絶対最大定格で定まるベース
・エミッタ間逆耐圧V EBOを越えないようにするため
に、トランジスタQ1のベース電圧VBと２次電池BATの端
子電圧Ｖとの差がV EBOを越えないようにする必要があ
るが、トランジスタQ1のベースとエミッタ間に加わる電
圧（VB-V）は次式で表される。

VB−Ｖ＝Vo−VF−VR−Ｖ ＝Vo−VF−Ｖ−（Vo−VF）×（R/（Ｒ＋R1）） ＝（R/（Ｒ＋R1））×（Vo−VF）−Ｖ この（VB-V）の値がベース・エミッタ間逆耐圧V BEOよ
りも低くなければならないので次式が成立する。

Vo＜（（Ｒ＋R1）/R1）×（Ｖ＋V BEO）＋VF ・・・・（５） この（５）式を参照すれば、上述した（イ）式に比べ
て非安定化電源Voの上限許容範囲が抵抗Ｒの挿入によっ
て増加することが分かる。

次に、上記説明で求めた（４），（５）式に具体的な
値を代入して、非安定化電源の電圧許容範囲の改善され
る具体例を説明する。

今、定電圧電源部102から６ボルトの安定化電圧を出
力するために要する非安定化電源Voの最少電圧レベルV1
を８ボルト、ダイオードD1の順方向電圧降下VFを0.6ボ
ルト、２次電池BATの端子電圧Ｖを4.8ボルト、トランジ
スタQ1のベース・エミッタ間電圧V BEを0.6ボルト、抵
抗R1を1kΩとすると、（４）式より、 Ｒ＞＝（（V1−VF）／（Ｖ−V BE）−１）×R1 ＝（（８−0.6）／（4.8−0.6））−１）×1kΩ ＝0.76kΩ 従って、非安定化電源Voの許容電圧範囲は（５）式よ
り、 ８＜Vo＜（（Ｒ＋R1）/R1）×（Ｖ＋V BEO）＋VF ＝1.76×（4.8＋５）＋0.6 ＝17.8ボルト となり、非安定化電源Voの許容範囲が著しく拡大される
ことが分かる。

第２図（ａ）〜（ｄ）は、非安定化電源の変動に応じ
た各部の動作波形を示したもので、上述したように、定
電圧電源部102の出力電圧が低下し始めると同時に２次
電池BATの電源供給が開始されるので、内部回路への供
給電圧が一時的に極端に低下するような不都合が防止さ
れることが分かる（抵抗Ｒの値を0.76kΩよりも大きく
設定すると、定電圧電源部の出力電圧が低下し始める前
に２時電池の電源供給が開始する）。

このように、本考案では、バックアップ電源制御部11
に分圧抵抗Ｒを設けるだけで、トランジスタの絶対最大
定格を考慮した非安定化電源の許容電圧範囲を拡大する
ことが可能になるとともに、非安定化電源が定電圧電源
部102の必要最少電圧に低下するまでに２次電池の電源
供給を開始させることが可能となり、バックアップ機能
の信頼性を向上させることができる。

本考案は、上述した電源回路10（第１図参照）の基本
的構成に加えて、更に、２次電池BATが取り外されたと
きに、充電電流が遮断されて充電部103の充電電圧レベ
ル（本実施例では、充電電圧レベルからトランジスタQ1
のエミッタ・ベース間電圧V EBを差し引いたレベル）が
非安定化電源Voの分圧レベル（トランジスタQ1のベース
電圧レベル）を越え、これによって、トランジスタQ1が
導通して充電部103から出力される非安定化電源が内部
回路側に供給されることを防止する不都合を改良したも
ので、第１図に示したように、２次電池BATの両端にク
ランプ素子であるツエナーダイオードZDを接続した構成
とされている。

このような構成においては、２次電池BATが接続され
ているときには、充電部103の出力を２次電池BATに流入
させて充電を行う一方、２次電池BATが取り外されたと
きには、充電部103の充電電圧レベル（本実施例では、
充電部103の出力電圧レベルからトランジスタQ1のベー
ス・エミッタ間電圧 V BEを差し引いたレベル）が分圧レベルを越えないよう
にするために、ツエナーダイオードZDのツエナー電圧V
ZDは、２次電池BATの端子電圧Ｖよりも高く、且つ、ト
ランジスタQ1のベース電圧VBとベース・エミッタ間電圧
V BEとの和よりも低く設定しなければならないので、次
式で示される条件を満足する必要がある。

Ｖ＜V ZD＜VB＋V BE ＝（Vo−VF）×（R1/（Ｒ＋R1））＋V BE ・・・・・（６） （６）式に具体的な値として、上述した、２次電池端
子電圧Ｖ＝4.8ボルト、ダイオードD1の順方向電圧降下V
F＝0.6ボルト、抵抗Ｒ＝0.76kΩ、抵抗R1＝1kΩをを代
入すると次式が得られる。

4.8＜V ZD＜（Vo−0.6）×0.57＋0.6 ＝0.57Vo＋0.26 ・・・・（７） 従って、ツエナー電圧V ZDを、例えば、6.2ボルトに
設定すれば、（７）式より次式が成立する。

Vo＞（6.2−0.26）/0.57＝10.4ボルト すなわち、非安定化電源Voの下限電圧を10.4ボルト以
上に保てば、２次電池を取り外した場合でも、非安定化
電源が内部回路側に供給されることを禁止することが可
能となり、例えば、２次電池が劣化して充電電流が流れ
ずに充電電圧レベルが上昇したような場合や、２次電池
の接続が外れたような場合でも、非安定化電源が内部回
路に流入して誤動作が生じるようなことを未然に防止す
ることが可能となり、機器の信頼性を一層向上させるこ
とができる。

第３図（ａ），（ｂ）は、上述したバックアップ機能
を有した電源回路に使用される２次電池の固定方法の一
例を示したもので、コネクタＣの設けられた電源線ｌを
２次電池BATに配線接続して樹脂フィルムＦなどで封入
したバッテリーユニットＢの樹脂フィルム面上に、予め
ベルクロファスナーの一方G1を両面テープ（不図示）な
どで貼付し、ベルクロファスナーの他方G2を機器本体側
に両面テープなどで貼付して、バッテリーユニットＢを
ベルクロファスナーG1,G2によって機器本体に取り付け
固定した後に、コネクタＣを機器本体側に設けられたコ
ネクタC1に挿入するようになっている。

このような構成であれば、電池ホルダーなどが不要で
コストを低減できる上に、バッテリーユニットＢの交換
を行う場合でも工具を必要としないので容易に作業を行
うことができる。

［考案の効果］ 本考案によれば、非安定化電源の分圧抵抗を追加した
簡単な構成によって非安定化電源の許容電圧範囲を拡大
することができ、しかも、バックアップ用２次電池から
電源の供給が開始される時点における一時的な電源電圧
の低下が防止されるので、信頼性を向上させ設計を容易
にしたバックアップ機能を有した電源回路を提供でき
る。

請求項２に記載した本考案によれば、また、２次電池
にクランプ素子を並列接続した簡単な構成によって、２
次電池が取り外された場合でも非安定化電源が負荷に流
入することを未然に防ぐことができるので、一層信頼性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の回路の一実施例図、第２図（ａ）〜
（ｄ）はその動作を説明する波形図、第３図（ａ），
（ｂ）はバックアップバッテリーの取り付け方法の説明
図、第４図は従来のバックアップ電源回路の回路例図、
第５図（ａ）〜（ｄ）はその動作を説明する波形図、第
６図（ａ），（ｂ）は従来のバックアップバッテリーの
取り付け方法の説明図である。 ［符号の説明］ 10……電源回路 11……バックアップ電源制御部 102……定電圧電源部 200……ACアダプター BAT……２次電池 ZD……クランプ素子（ツエナーダイオード）

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ACアダプターなどの非安定化電源から供給
   される電源電圧を機器内部に設けられた定電圧電源回路
   部で安定化して機器の内部回路に供給するとともに、上
   記非安定化電源から供給される電源電圧によって機器に
   内蔵したバックアップ用２次電池を充電するようにした
   バックアップ機能を有した電源回路において、 上記非安定化電源の出力電圧を予め定められた所定比で
   分圧した分圧レベルが、上記非安定化電源で充電される
   上記２次電池の充電電圧レベルよりも低下したときに
   は、該２次電池から上記内部回路への電源の供給を許容
   させるバックアップ電源制御部を備え、 上記２次電池には、該２次電池の端子電圧よりも高く、
   且つ、該２次電池が取り外されたときに上記充電電圧レ
   ベルが上記分圧レベルを越えないようにするクランプ電
   圧を有したクランプ素子が並列に接続されたことを特徴
   とする、バックアップ機能を有した電源回路。